CN1894881A - 在光学系统内提供定时恢复的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新的用于大容量光盘系统的越限定时恢复方案。用加权函数与定时误差检测器的定时误差相乘。该方案有效地增加了光学系统对于数据引起的抖动的鲁棒性，据认为，在光盘容量较大时该抖动是定时恢复的主要干扰。本发明还描述了多例可能的加权函数。

Description

在光学系统内提供定时恢复的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种在光学系统中提供越限定时恢复的方法，其中光学系统适于从光盘读取数据样本，所述方法包括以下步骤：在采样时间(ts)处通过所述光学系统读数据样本(ys)；将读取的样本输入定时恢复装置；并基于定时误差信息(ψk)将采样时间(ts)向同步定时时刻(tk)调整。
背景技术
光盘是由光学系统内的激光进行写、读的、将信息以数字形式保存的电子数据存储介质。这些光盘包括各种CD、DVD和BD在内的所有变体。数据存储在所谓的凹坑与凸台(只读光盘)和标记与间隔(可写光盘)内，并由光学系统中的激光来读取，且所述数据被转换成电信号。
众所周知，在光学系统中使用越限定时恢复，其中，通过将实际越限和样本时钟信号的越限进行比较，对采样时间进行调整。该定时恢复要求来自输入数据本身的信息，而不借助于位判定(bitdecision)，因而它不受到判定误差的阻碍。越限定时恢复的一种特殊情况是过零定时恢复，其特征在于，由于记录在光盘上的二进制位序列的DC自由特征(DC free feature)的缘故，将阈值设为零。所述过零定时恢复是当今大容量光盘中通常采用的恢复方案，其特征在于，所述光盘上的数据通常以RLL编码方式进行编码。
在光学系统的定时恢复中，确定了定时误差信息(ψk)。举例来说，在具有升余弦(raised-cosine)特性的无噪声通道的场合，因为以同步的方式抽取数据信号的样本，因而定时误差信息(ψk)将为零。然而，光学系统受到噪声的影响，且可以具有类似于部分响应通道的通道，而这导致了以下的事实：使用位同步采样，仅定时误差信息(ψk)的平均值为零，而其瞬时值是抖动的。所述抖动包括噪声引起的抖动和数据引起的抖动。在容量为23GB或更少的盘中，当盘上的数据以RLL编码方式记录时，数据引起的噪声对过零定时恢复的影响很弱。
增加光盘的存储密度是当今重点关注的问题。目前，在给定光通道特性的情况下，已知通过使用更为先进的信号处理、不同的调制方案(如多级技术)或不同的物理原理(如超高密度技术)来实现更高的存储目的之方法。然而，由于光盘容量是通过使通道位长度(channelbit length)变窄而增加的，如增加到29GB或更大，因而过渡(即越限，如过零)附近的数据样本不能避免符号间干扰(ISI)。在光盘容量为31GB时，由于强烈的ISI的缘故，所述数据引起的噪声变得如此严重，以至于越限定时恢复变得难以实行。
发明内容
本发明的目标是提出一种在光学系统内提供越限定时恢复的方法，其中，减轻了由数据引起的抖动的影响，尤其在大容量的光盘中更是如此。
为实现这个目标，上段所述的方法的特征在于还包括这样的步骤：在紧接确定定时误差信息(ψk)的步骤之后和在将采样时间(ts)调整到同步采样时间(tk)的步骤之前将定时误差信息乘以加权函数W。因此，实现了越限定时恢复，其中，在大容量光盘，如具有29GB或31GB容量的光盘中符号间干扰被最小化。
在一个优选实施例中，越限定时恢复装置适于为以二进制调制而编码的数据信号样本提供定时恢复。其有利之处在于，二进制调制是光盘上广泛采用的数据信号编码方式。
本发明的加权函数W最好是这样的函数：Sk＝|(yk-yk+1)/(tk-tk+1)|，其中yk和yk+1分别为经同步的数据信号样本，tk和tk+1分别为同步采样时刻。可以将该加权函数W(Sk)用于任何通过任何二进制调制方式编码的信号。函数Sk提供了一种作为所述经同步的数据信号样本的函数来计算加权函数W(Sk)的简化方法。Sk表示越限附近的数据信号波形的陡度的绝对值。在过零定时恢复中，因为yk和yk+1总具有相反的符号(即过零在它们之间发生)，因而Sk也给出了关于所述过渡附近的信号能量的指示。
根据本发明的优选实施例，加权函数W(Sk)可以表示成W(Sk)＝Sk/Smax、W(Sk)＝(Sk/Smax)2或W(Sk)＝exp[1-(Sk/Smax)-1]，其中Smax代表Sk的最大值，即在所有过渡附近的数据信号的最大陡度。在不同的加权函数之间进行选择，需要根据不同的光盘容量和对相应数据引起的抖动频谱的分析来进行。
在一个优选实施例中，定时恢复装置适于为以RLL(d)编码方式进行编码的数据信号样本提供定时恢复，其中d规定了数据流中的最小游程长度，即它将所述流中的连续的1或0的最小数目限制为(d+1)。
在本发明的方法中使用的越限定时恢复最好为过零定时恢复。当数据以RLL编码进行编码时，过零定时恢复为所用的越限定时恢复。
根据本发明的另一优选实施例，加权函数W为函数W(Tm，Tm+1)，其中自变量Tm和Tm+1分别为过渡(transition)附近的两个连续的游程长度(run length)。根据一个优选实施例，当Tm和Tm+1之和增加时，加权函数W(Tm，Tm+1)也增加。根据另一个优选实施例，当Tm和Tm+1之间的数值差|Tm-Tm+1|增加时，加权函数W(Tm，Tm+1)减少，因为对比两个连续游程长度之间差值较小的情形，数据引起的抖动对于所述差值较大的情形而言更为严重。W可正比于“Tm+Tm+1”和/或反比于|Tm-Tm+1|或非线性地取决于“Tm+Tm+1”和/或|Tm-Tm+1|。
根据本发明的一个优选实施例，如果Tm等于“d+1”或Tm+1等于“d+1”，则加权函数W(Tm，Tm+1)为0，其中“d+1”为所述RLL码中的最短游程长度。因此，那些涉及最短游程长度的过渡被跳过，而这是有利的，因为那些被跳过的过渡是受噪声影响最大的过渡。
附图说明
以下，联系优选实施例并引用附图，对本发明进行更为完整的说明。
图1示出了现有技术中的定时恢复装置的示意图，
图2示出了越限定时恢复中的定时误差检测，
图3a和3b分别示出了容量为23GB和29GB的光盘的读出情形(现有技术)，图4示出了本发明的方法的定时恢复性能。
具体实施方式
图1示出了现有技术中的定时恢复装置100的示意图。定时恢复装置100包含采样速率转换器SRC10、定时误差检测器(TED)20、环路滤波器LF 30和数值控制振荡器(NCO)40。从光盘读取数据样本ys，并于采样时间ts将其输入定时恢复装置100。数值控制振荡器40将基于由定时误差检测器20检测的定时误差信息ψk更新的采样时钟tk输出给所述采样速率转换器。将来自定时恢复装置100的异步域上行数据流的未经同步的数据样本ys输入定时恢复装置100，对定时恢复装置100的同步域下行数据流中的经同步的数据样本yk进行位判定(bit decision)。
图2示出了越限定时恢复中的定时误差检测。如图2所示，在光盘上记录的数据信号样本的越限恢复中，可得到一阶近似的定时误差信息ψk。在图2中，水平线指阈值，可以看出，得到一阶近似的定时误差信息ψk如下：
ψ k = y k y k - y k - 1 - T 2 . - - - ( 1 )
举例来说，在具有升余弦特性的无噪声通道中，因为数据是同步采样的，因而ψk将接近于零。然而，所述光通道受到不同类型的噪声的影响，且通常为部分响应类型的通道，而这导致了以下事实：使用位同步采样，由于噪声引起的抖动和数据引起的(或依赖于模式的)抖动的缘故，仅ψk的平均值为零，而其瞬时值保持为抖动。
借助于二进制调制(一般而言)和游程长度受限(RLL)编码(具体而言)，可以减轻所述数据引起的抖动。在图3a和3b中示出了这一点，所述图示出了在蓝光光盘格式内RLL编码宽度d＝1的情况下容量分别为23GB和29GB的光盘的读出情形(现有技术)。这里假设光通道为线性的和类似于部分响应型的。在此例中，越限定时恢复为过零定时恢复，其中二进制调制是一种RLL编码。在图3a和3b中，读自光盘的信号样本等于输入二进制位序列ak与均衡的通道响应gk的卷积，即yk＝(ga)k。
省去gk中的低幅值抽头，可以将所述过渡之左侧的样本y1近似地表示成：
y1≈g0·a1+g-1·a1-1+g1·ar+g-2·a1-2+g2·ar+1.    (2)
在23GB的光盘容量的场合，边抽头g-2和g2在幅值上可以跳过不计；由于编码宽度d＝1的限制，a1附近的位总是具有相反的符号。因此，可将式(2)中除第一项以外的所有其他对y1的近似表示有贡献的项设为零，从而公式(2)可以简化成
y1＝g0·a1                                        (3)
公式(3)意味着样本y1不受符号间干扰的影响。对于样本yr，这一点也同样成立。从而，在容量为23GB时，数据引起的抖动对过零定时恢复的影响很弱；这是由于采用了RLL编码。
图3b示出了容量为29GB的光盘中的光盘读出情形。如以下解释的那样，容量为29GB的光盘比容量为23GB的光盘更易受ISI影响；这是由于通道位长度变窄。由于a1附近的位总是具有不同的符号，且g1和g-1的幅值和符号相同，因此公式(2)中包括g-1和g1的项相互抵消，从而，在图3b的情况中，公式(2)可表示成：
y1≈g0·a1+g-2·a1-2+g2·ar+2                     (4)
然而，均衡通道响应gk的边抽头g2和g-2得到了提升，不能设为可忽略。从而，在定时恢复中又出现了符号间干扰或数据引起的抖动。
光盘容量现在已超过图3b中的29GB，当前已高达35GB；从而，与图3b相比，通道位长度进一步减少，且由于强烈的ISI，数据引起的抖动变得很严重，这使得传统的过零定时恢复变得不可行。
图4示出了具有各种加权系数的本发明的方法的定时恢复性能，它与光盘容量有密切关系。用标量衍射程序产生的数据在图1的结构上执行了模拟。所述数据是同步且无噪声的，用作输入到定时恢复装置的输入ym。为评估所述定时恢复的性能，将信噪比SNRL定义成：
SNR L = 20 log | | y k * | | | | y k L - y k * | | , L = 0 , i , ii - - - ( 5 )
其中，当运行所述定时恢复方案时，yk *表示具有理想采样时间的定时恢复装置100(图1)的SRC的输出，且yk L表示来自所述SRC的实际样本输出。上标L指明TED中使用的加权函数类型。
在公式(5)中，“L＝0”指加权函数W(Sk)＝1(即定时误差保持不变)；“L＝i”指加权函数W(Sk)＝Sk/Smax；且“L＝ii”指W(Sk)＝(Sk/Smax)2。
由于在模拟中不存在噪声，因而，SNRL可以评估所述定时恢复方案对于数据引起的抖动的鲁棒性。当开始运行所述定时恢复时，最初的采样频率被给定10％的失配。已对环路带宽和衰减作了适当调整，以使其在各种加权函数W(Sk)下尽可能一致，从而可以为不同的加权函数直接比较SNRL。图4示出了容量为25GB、29GB、32GB和35GB的BD类型的大容量光盘的SNRL。其数据窗包括了头5000个样本，以将暂态性能考虑在内。
可以看出，借助于不为1的加权函数，所述定时恢复性能得到了有效改善。当容量增大时，由于数据引起的抖动更为严重，因而所述改善更为明显。总体而言，非线性加权函数(类型ii)比线性加权函数(类型i)或权为1的加权函数(类型0)的性能更好。在容量为32GB时，与权为1的加权函数相比，所述改善为约7dB。35GB时的SNRL值相对于32GB时的SNRL值有所增加，因为最受ISI影响的最短游程长度不具有过零点，从而在一定程度上减轻了数据引起的抖动。当然，由于过零点较少的缘故，定时恢复效率有所降低。

Claims (13)

1.一种在光学系统内提供越限定时恢复的方法，该光学系统适于从光盘读数据信号样本，所述方法包括以下步骤：
-在采样时间(ts)，通过所述光学系统从光盘读取数据信号样本(ys)，
-将所读取的数据信号样本(ys)输入定时恢复系统，
-通过所述定时恢复装置确定定时误差信息(ψk)，
-基于所述定时误差信息(ψk)将采样时间(ts)朝同步定时时刻(tk)调整，
其特征在于，所述方法还包括在紧接确定定时误差信息(ψk)的步骤之后和将采样时间(ts)朝同步定时时刻(tk)调整的步骤之前将定时误差信息(ψk)与加权函数W相乘的步骤。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述定时恢复装置适于向以二进制调制方式编码的数据信号样本提供定时恢复。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述加权函数W是函数Sk＝|(yk-yk+1)/(tk-tk+1)|，其中yk和yk+1分别为经同步的数据信号样本，tk和tk+1分别为同步采样时刻。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，W(Sk)＝Sk/Smax，其中Smax表示Sk的最大值。
5.根据权利要求3的方法，其特征在于，W(Sk)＝(Sk/Smax)2，其中Smax表示Sk的最大值。
6.根据权利要求3的方法，其特征在于，W(Sk)＝exp[1-(Sk/Smax)-1]，其中Smax表示Sk的最大值。
7.根据权利要求1至6中任一项的方法，其特征在于，所述定时恢复装置适于向以RLL(d)编码方式编码的数据信号样本提供定时恢复。
8.根据权利要求1至7中任一项的方法，其特征在于，所述越限定时恢复是过零定时恢复。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于，加权函数W为W(Tm，Tm+1)，其中自变量Tm和Tm+1分别为一个过渡附近的两个连续的游程长度。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，当Tm与Tm+1之和增加时，所述加权函数W(Tm，Tm+1)增加。
11.根据权利要求8至10中任一项的方法，其特征在于，当Tm与Tm+1之间的数值差|Tm-Tm+1|增加时，加权函数W(Tm，Tm+1)减少。
12.根据权利要求8至11中任一项的方法，其特征在于，如果Tm等于“d+1”或Tm+1等于“d+1”，则加权函数W(Tm，Tm+1)为0，其中“d+1”为所述RLL编码中的最短游程长度。
13.一种用于读取大容量光盘上的存储数据的光学系统，其特征在于，所述光学系统执行根据权利要求1至12中任一项的方法。
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